提高ARL4460直讀光譜儀穩(wěn)定性的探討

楊鳳娟　劉　珂　李　靜　李　鵬

(國(guó)家鋁及鋁制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，三門(mén)峽 472000)

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提高ARL4460直讀光譜儀穩(wěn)定性的探討

楊鳳娟劉珂李靜李鵬

(國(guó)家鋁及鋁制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，三門(mén)峽 472000)

摘要：通過(guò)對(duì)直讀光譜儀方法原理的闡述和誤差來(lái)源的分析，提出了提高ARL4460直讀光譜儀穩(wěn)定性的基本措施，確保分析過(guò)程中檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

關(guān)鍵詞：直讀光譜儀方法原理誤差來(lái)源穩(wěn)定性

ARL4460直讀光譜儀操作方便、分析范圍廣、分析速度快、多元素同時(shí)測(cè)定、樣品制備簡(jiǎn)單、檢出限低且精度高，廣泛應(yīng)用于物理學(xué)、化學(xué)、生物等基礎(chǔ)學(xué)科以及冶金、機(jī)械、地質(zhì)、農(nóng)業(yè)、化工、環(huán)保等各個(gè)領(lǐng)域的金屬元素精確定性和定量分析[1-3]。在光譜定量分析過(guò)程中，由于受到人員、儀器設(shè)備、環(huán)境條件等方面的影響，使檢測(cè)數(shù)據(jù)與真實(shí)含量不可能完全一致，經(jīng)常出現(xiàn)分析結(jié)果不穩(wěn)定，偏差過(guò)大的情況。為確保分析結(jié)果的可靠性，從方法原理，誤差來(lái)源進(jìn)行了分析，提出了提高直讀光譜儀穩(wěn)定性的有效措施。

1方法原理

直讀光譜儀采用的是原子發(fā)射光譜方法，工作原理是利用光源發(fā)生器使樣品與電極之間激發(fā)發(fā)光，電火花的高溫在氬氣保護(hù)氣氛中使樣品中各元素直接氣化并被激發(fā)而發(fā)射出各元素的特征譜線，光譜線的強(qiáng)度與所屬元素的含量成正比關(guān)系，用光柵分光后，經(jīng)出射狹縫照在其對(duì)應(yīng)光電倍增管電陰極上，在高壓電源作用下，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)儀器的控制測(cè)量系統(tǒng)將電信號(hào)積分進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化，然后由計(jì)算機(jī)處理，測(cè)量出各個(gè)元素的百分含量[4]。

2誤差來(lái)源

對(duì)光譜分析來(lái)說(shuō)，誤差的來(lái)源主要有以下5個(gè)方面[5]：

(1)分析人員：分析人員的身體素質(zhì)，熟練程度，技術(shù)水平及質(zhì)量意識(shí)等。

(2)環(huán)境：分析實(shí)驗(yàn)室的溫濕度、清潔程度和噪音等。

(3)儀器設(shè)備：電源穩(wěn)定系統(tǒng)的精度；氬氣系統(tǒng)的穩(wěn)定程度(包括凈化能力、壓力、流量等)；光譜儀系統(tǒng)的精度(包括光源的性質(zhì)及其再現(xiàn)性，分光系統(tǒng)的精度，真空系統(tǒng)的能力等)；試樣的加工設(shè)備及所有這些設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)狀況。

(4)樣品：待測(cè)樣品元素成分、組織結(jié)構(gòu)的均勻性、代表性及熱處理狀態(tài)；標(biāo)準(zhǔn)樣品及控制樣品元素成分均勻性及含量證書(shū)值的可靠性，其組織結(jié)構(gòu)與待測(cè)樣品組織結(jié)構(gòu)的同一性。

(5)分析參數(shù)：分析曲線選擇(包括曲線的制作及擬合程度等)，儀器參數(shù)設(shè)置(包括儀器參數(shù)的選擇、干擾元素修正的方式等)以及樣品制備方法。

3提高分析結(jié)果穩(wěn)定性的基本措施

3.1合適的環(huán)境條件

(1)試驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境溫度要求在23±5℃，每小時(shí)變化不超過(guò)5℃，相對(duì)濕度20%~80%；并配備專(zhuān)用地線，要遠(yuǎn)離腐蝕性氣體，并做好防塵、防震。室內(nèi)溫度的增加會(huì)使光電倍增管的暗電流增加、信噪比降低；濕度大容易使高壓元件產(chǎn)生漏電、放電現(xiàn)象，使分析結(jié)果穩(wěn)定性差[6]。

(2)氬氣的供給純度必須達(dá)到99.995%，最高氧含量5×10-6。不純氬氣中的水分等雜質(zhì)會(huì)影響激發(fā)效果，降低光強(qiáng)值，激發(fā)斑點(diǎn)變壞。而且水分經(jīng)激發(fā)電離后產(chǎn)生氧，氧會(huì)吸收磷、硫等短波元素，使這些元素的光強(qiáng)值下降，從而導(dǎo)致分析結(jié)果出現(xiàn)偏差。如果氬氣純度不夠，應(yīng)選購(gòu)氬氣凈化裝置連接在氣路中[6]。

(3)為了保證儀器的分析精度，電源電壓變化要求應(yīng)在-15%～+10%以?xún)?nèi)。由于電源電壓變化容易引起激發(fā)單元的放電電壓的改變，造成設(shè)備運(yùn)行的不穩(wěn)定，因此實(shí)驗(yàn)室應(yīng)配備交流穩(wěn)壓器[6]。

3.2檢查儀器的狀態(tài)

(1)檢查氬氣凈化機(jī)溫度是否達(dá)到設(shè)定的溫度。

(2)檢查直讀光譜儀冷卻水水位是否在1/2至3/4處。

(3)調(diào)節(jié)氬氣壓力，使氬氣壓力在0.25～0.30MPa之間。

(4)根據(jù)樣品選擇分析曲線，由分析曲線選擇所用電極，保證建立分析曲線和樣品分析時(shí)所用電極一致，并用電極規(guī)調(diào)整電極。

(5)按照電源開(kāi)關(guān)、水泵開(kāi)關(guān)、真空泵開(kāi)關(guān)、電子柜開(kāi)關(guān)、負(fù)高壓開(kāi)關(guān)順序打開(kāi)光譜儀，用分析軟件中的讀取狀態(tài)功能檢查設(shè)備狀態(tài)，當(dāng)各種狀態(tài)都達(dá)到后方能進(jìn)行分析工作。

(6)打開(kāi)氬氣開(kāi)關(guān)，先打開(kāi)原氣開(kāi)關(guān)，再打開(kāi)純氣開(kāi)關(guān)，關(guān)氣時(shí)反之。

(7)通過(guò)多次激發(fā)廢棄樣品，使氬氣氣流穩(wěn)定，并觀察激發(fā)點(diǎn)狀態(tài)，判斷氬氣是否正常。如果激發(fā)點(diǎn)發(fā)白，說(shuō)明氬氣不純，繼續(xù)激發(fā)，如果始終不正常，應(yīng)使氬氣再生。

(8)選擇一個(gè)有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行分析，并與證書(shū)值進(jìn)行比較，按照GB/T7999-2007判斷結(jié)果誤差是否在范圍之內(nèi)，如果在范圍之內(nèi)，說(shuō)明設(shè)備正常，可以進(jìn)行正常分析，如果超出范圍，需要根據(jù)結(jié)果分析原因，對(duì)設(shè)備進(jìn)行描跡和曲線的標(biāo)準(zhǔn)化。

(9)元素的描跡

元素的描跡是檢查元素出射狹縫與入射狹縫的相對(duì)機(jī)械位置。由于入射狹縫受環(huán)境因素的影響，如溫度的急劇變化，振動(dòng)等等，會(huì)發(fā)生微小的漂移，這些不規(guī)則的微小物理變化會(huì)使譜線信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)度產(chǎn)生漂移，影響分析結(jié)果的穩(wěn)定性。

(10)曲線標(biāo)準(zhǔn)化和類(lèi)型標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)化是對(duì)工作曲線的漂移校正，類(lèi)型標(biāo)準(zhǔn)化是對(duì)曲線的某段進(jìn)行校正。樣品在恒定的氬氣氛圍下激發(fā)時(shí)，火花放電的穩(wěn)定性隨著溫度和激發(fā)條件的變化，譜線信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生漂移，影響分析結(jié)果的穩(wěn)定性。一般在開(kāi)始分析樣品前需要用標(biāo)準(zhǔn)化樣品對(duì)工作曲線進(jìn)行再校準(zhǔn)，包括標(biāo)準(zhǔn)化和類(lèi)型標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化樣品選用設(shè)備出廠自帶標(biāo)樣。類(lèi)型標(biāo)準(zhǔn)化選用有證書(shū)的標(biāo)樣，標(biāo)樣各元素含量要有標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)分析結(jié)果；各元素含量分布均勻，沒(méi)有偏析現(xiàn)象；并且組織結(jié)構(gòu)、澆注狀態(tài)和分析試樣盡可能一致并包括分析的全部元素。

3.3正確進(jìn)行樣品分析

(1)樣品的制備

樣品的質(zhì)量在很大程度上決定光譜分析結(jié)果的穩(wěn)定性。樣品經(jīng)車(chē)床加工后，其形狀和大小應(yīng)滿(mǎn)足分析臺(tái)要求；整個(gè)激發(fā)面應(yīng)能覆蓋住激發(fā)孔，成分均勻，表面平整，清潔，沒(méi)有灰塵、夾渣、裂紋等缺陷，樣品背面應(yīng)無(wú)銹皮及油污，激發(fā)表面應(yīng)無(wú)飛邊、毛刺，保證樣品和分析臺(tái)接觸良好，不能有漏光、漏氣現(xiàn)象。車(chē)樣時(shí)應(yīng)做好冷卻，防止制樣過(guò)程中造成元素偏析[7]。

(2)樣品的激發(fā)

樣品制備好后，在分析臺(tái)上進(jìn)行激發(fā)，激發(fā)點(diǎn)保持均勻，能代表整個(gè)樣品，每個(gè)樣品至少激發(fā)3次。在激發(fā)過(guò)程中注意聽(tīng)激發(fā)聲音是否正常，激發(fā)正常的聲音應(yīng)平穩(wěn)、不尖銳；如果激發(fā)聲音尖銳，有可能是漏氣或者未激發(fā)，激發(fā)完成后觀察激發(fā)點(diǎn)狀態(tài)。每次分析前選擇一個(gè)有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為質(zhì)控樣，監(jiān)控設(shè)備和曲線的狀態(tài)。每次激發(fā)過(guò)后都應(yīng)清理激發(fā)臺(tái)，由于設(shè)備自帶曲線由針狀電極建立，當(dāng)使用針狀電極時(shí)，不需要清理電極，當(dāng)使用棒狀電極時(shí)，每次激發(fā)完成后都要用電極刷清理電極。當(dāng)更改基體時(shí)，防止高含量元素對(duì)低含量元素的影響，激發(fā)臺(tái)、絕緣杯、電極整套都需要更換，以提高穩(wěn)定性。

(3)分析結(jié)果的處理

激發(fā)完成后，各個(gè)激發(fā)點(diǎn)狀態(tài)正常，如果數(shù)據(jù)穩(wěn)定(即SD%≤5%)，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差過(guò)大，多激發(fā)幾次，刪除不合適的點(diǎn)。如果多次測(cè)量后數(shù)據(jù)成組出現(xiàn)(激發(fā)點(diǎn)相近的點(diǎn)數(shù)據(jù)接近)，有可能是樣品成分不均勻造成，所有的檢測(cè)結(jié)果都要計(jì)入計(jì)算，確保分析結(jié)果的穩(wěn)定性。

3.4定期做好儀器的維護(hù)保養(yǎng)

定期做好儀器的維護(hù)保養(yǎng)工作不僅可以大大減少儀器的故障率，還能提高分析結(jié)果的穩(wěn)定性[8]。

(1)每次分析完成后應(yīng)清理火花室、絕緣杯、分析架。

火花室因放電燃燒樣品，留下黑色沉積。故必須定期清理。用吸塵器吸掉金屬粉塵，如果需要，可以用軟刷來(lái)幫助清理。絕緣杯的清理，先用吸塵器清理，再用一塊乙醇稍稍潤(rùn)濕的抹布去掉油脂或用10%的鹽酸溶液浸泡，清理干凈后用布擦干，放在干凈紙上。分析架的清理，用脫脂棉紗清理分析架的表面，以便去掉金屬粉塵或可能由手指留下的指痕，防止試樣平臺(tái)磨損后引起間隙。

(2)每月更換或清理濾塵器和濾芯，檢查水冷裝置。

(3)每月清理透鏡一次。

透鏡起聚焦透鏡作用，也起真空密封入射窗口作用。短波長(zhǎng)元素最容易被沉積在透鏡上的贓物吸收。故一個(gè)月清理透鏡一次。透鏡清理后等15分鐘后再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，這樣可以吹走在清理過(guò)程中進(jìn)入火花室和管道中的空氣。清理時(shí)用乙醇擦拭透鏡表面，然后用光學(xué)用紙擦拭干凈。當(dāng)透鏡清理干凈，別再用手指觸及它的表面。當(dāng)透鏡干燥后，按照反向操作順序把它放回到原來(lái)的位置。

4結(jié)論

通過(guò)對(duì)光電直讀光譜儀工作原理的闡述和光電直讀光譜儀誤差來(lái)源的分析，提出了提高分析結(jié)果穩(wěn)定性的基本措施。在實(shí)際工作中，應(yīng)認(rèn)真學(xué)習(xí)光譜儀理論知識(shí)，正確選擇標(biāo)準(zhǔn)樣品和分析曲線，嚴(yán)格按照設(shè)備操作規(guī)程操作，并定期對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)、維護(hù)和保養(yǎng)，努力提高操作技術(shù)水平，確保分析過(guò)程中檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

參考文獻(xiàn)

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Study on improving stability of ARL4460 direct-reading spectrometer.YangFengjuan，LiuKe，LiJing，LiPeng

(NationalCenterofQualitySupervisionandInspectiononAluminumandAluminumProducts，Sanmenxia472000，China)

Abstract:This paper put forward the basic measures for improving stabilization of ARL4460 direct-reading spectrometer to ensure the reliability of the test data in the process of analysis.

Key words:direct-reading spectrometer; method principle; error source; stability

收稿日期：2015-06-11

DOI:10.3936/j.issn.1001-232x.2016.01.019

作者簡(jiǎn)介：楊鳳娟，女，1982年出生，碩士研究生，工程師，主要研究方向：鋁及鋁合金產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)，E-mail：yangfj1982@163.com。